FR2590032A1

FR2590032A1 - Acoustic method for locating underwater objects

Info

Publication number: FR2590032A1
Application number: FR8511880A
Authority: FR
Inventors: Gerard Leclerc; Francois Peynaud
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1985-08-02
Filing date: 1985-08-02
Publication date: 1987-05-15
Also published as: FR2590032B1

Abstract

The method enables objects under water to be located from a ship 16. It involves equipping these objects with an acoustic transponder 13 and interrogating them using a highly directive acoustic aerial 10 with a rotating beam placed under the ship. The angular width of the interrogation beam is equal to the angular accuracy of positioning and the responses are received by a hydrophone 11 towed by the ship. The method makes accurate location possible by eliminating external noise, particularly that caused by the ship.

Description

PROCEDE DE LOCALISATION ACOUSTIQUE D'OBJETS SOUS-MARINS
La présente invention se rapporte aux procédés qui permettent d'obtenir la position d'un objet sous-marin par rapport à un bâtiment de surface en interrogeant des répondeurs acoustiques fixés sur ces objets à l'aide d'un sonar porté par le bâtiment.METHOD FOR ACOUSTIC LOCATION OF UNDERWATER OBJECTS
The present invention relates to methods which make it possible to obtain the position of an underwater object with respect to a surface vessel by interrogating acoustic responders fixed to these objects using a sonar carried by the vessel.

Pour prospecter les fonds marins à partir de bâtiments de surface, on utilise divers systèmes dont la plupart comprennent des dispositifs de localisation acoustique disposés dans des véhicules remorqués par le bâtiment. Ces véhicules sont le plus souvent connus sous des noms tels que drague, poisson, flotte. To survey the seabed from surface vessels, various systems are used, most of which include acoustic tracking devices located in vehicles towed by the vessel. These vehicles are most often known by names such as dredge, fish, fleet.

Dans certains cas le véhicule est auto-moteur et est relié au bâtiment de surface par un fil de transmission qui permet d'échanger entre le bâtiment et le véhicule divers signaux, mais ne permet pas de tracter ce véhicule. In certain cases the vehicle is self-propelled and is connected to the surface building by a transmission wire which makes it possible to exchange between the building and the vehicle various signals, but does not make it possible to tow this vehicle.

I1 est toujours nécessaire, plus particulièrement dans ce dernier as, de localiser avec précision la position des véhicules par rapport au bâtiment de surface. En effet ces véhicules balayent une certaine zone qui dépend du champ angulaire et de la portée des appareils de localisation acoustique dont ils sont pourvus. Il faut donc pouvoir tracer sur une carte le chenal balayé et exploré par les véhicules. It is always necessary, more particularly in this latter ace, to locate with precision the position of the vehicles with respect to the surface building. Indeed, these vehicles scan a certain area which depends on the angular field and the range of the acoustic localization devices with which they are provided. It is therefore necessary to be able to trace on a map the channel swept and explored by vehicles.

La trajectoire du bâtiment étant obtenue avec une grande précision par des moyens connus par ailleurs la position du véhicule est définie par rapport au bâtiment par:
- la distance entre le véhicule et le bâtiment;
- le gisement du véhicule par rapport à l'axe du bâtiment;
- la profondeur d'immersion de ce véhicule.The trajectory of the building being obtained with great precision by means known elsewhere, the position of the vehicle is defined relative to the building by:
- the distance between the vehicle and the building;
- the bearing of the vehicle relative to the axis of the building;
- the immersion depth of this vehicle.

Il est connu d'obtenir la position d'un véhicule sous-marin par rapport à un bâtiment de surface en recevant des ondes acoustiques à l'aide de l'un ou l'autre de deux systèmes:
- Dans le système dit "base longue", on mouille plusieurs bouées répondeuses assez distantes les unes des autres. Ce système est précis mais nécessite un nombre important de bouées lorsque la profondeur est faible (inférieur à 300 mètres) et impose de récupérer ensuite les bouées, généralement à l'aide d'un second bâtiment.It is known to obtain the position of an underwater vehicle relative to a surface vessel by receiving acoustic waves using one or the other of two systems:
- In the so-called "long base" system, several answering buoys which are quite distant from each other are moored. This system is precise but requires a large number of buoys when the depth is shallow (less than 300 meters) and means that the buoys must then be recovered, generally using a second building.

- Dans le système dit "base courte", le bâtiment de surface porte deux perches qui plongent plus bas que le sillage et dont les extrérnités sont les plus écartées possibles. Des hydrophones placés aux extrémités de ces perches permettent de mesurer la différence entre les temps d'arrivée d'une impulsion émise par un émetteur acoustique porté par le véhicule sous-marin. Ce système est encombrant. En effet, pour localiser le véhicule sous-marin avec une erreur de gisement d'environ un degré à une distance maximale de 1200 mètres, dans un gisement de 20 par rapport à l'axe du bâtiment, il faut un écartement des perches de l'ordre de 30 mètres. - In the so-called "short base" system, the surface building carries two poles which dive lower than the wake and whose ends are as far apart as possible. Hydrophones placed at the ends of these poles make it possible to measure the difference between the arrival times of a pulse emitted by an acoustic transmitter carried by the underwater vehicle. This system is bulky. Indeed, to locate the underwater vehicle with a bearing error of about one degree at a maximum distance of 1200 meters, in a bearing of 20 relative to the axis of the building, it is necessary to distance the poles from the 'around 30 meters.

Dans ces deux systèmes la précision en distance est relativement bonne, mais celle en gisement est limitée par le bruit rayonné par le bâtiment, qui dégrade le rapport signallbruit et perturbe donc les mesures. In these two systems the accuracy in distance is relatively good, but that in bearing is limited by the noise radiated by the building, which degrades the signal-to-noise ratio and therefore disturbs the measurements.

Pour pallier ces inconvénients, l'invention propose d'émettre à partir du bâtiment de surface des signaux acoustiques d'interrogation selon un faisceau très directif dont la largeur angulaire correspond à la précision angulaire désirée et qui est entrainé en rotation pour balayer le secteur dans lequel est placé le véhicule à localiser. A la réception d'un tel signal, le véhicule réémet un signal acoustique de réponse selon un champ large. Ces signaux de réponse sont reçus par un hydrophone remorqué par le bâtiment. Des dispositifs de calcul permettent, à partir de la durée entre l'émission du signal d'interrogation et la réception du signal de réponse, ainsi que de l'orientation du faisceau d'interrogation et la position de l'hydrophone remorqué, de calculer la position du véhicule sous-marin. To overcome these drawbacks, the invention proposes to transmit from the surface building acoustic interrogation signals according to a very directive beam whose angular width corresponds to the desired angular precision and which is rotated to scan the sector in which is placed the vehicle to locate. On receipt of such a signal, the vehicle retransmits an acoustic response signal in a wide field. These response signals are received by a hydrophone towed by the building. Calculation devices make it possible, from the time between the emission of the interrogation signal and the reception of the response signal, as well as from the orientation of the interrogation beam and the position of the towed hydrophone, to calculate the position of the underwater vehicle.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante présentée à titre d'exemple non limitatif en regard des figures annexées qui représentent:
- les figures 1 et 2, des vues latérale et en plan d'un système permettant de mettre en oeuvre l'invention;
- la figure 3, une vue synoptique des éléments du système de la figure 1, directement reliés à l'invention;
- la figure 4, le schéma de l'asservissement en rotation de l'antenne 10
- la figure 5, un diagramme des distances et des angles à mesurer et à calculer;
- la figure 6, un exemple de codage des impulsions de réponse.Other features and advantages of the invention will appear clearly in the following description presented by way of nonlimiting example with reference to the appended figures which represent:
- Figures 1 and 2, side and plan views of a system for implementing the invention;
- Figure 3, a block view of the elements of the system of Figure 1, directly related to the invention;
- Figure 4, the diagram of the servo in rotation of the antenna 10
- Figure 5, a diagram of the distances and angles to be measured and calculated;
- Figure 6, an example of coding the response pulses.

Dans un exemple de réalisation représenté selon une vue latérale dans l'épaisseur de la mer en figure 1 et selon une vue en plan en figure 2, un dragueur de mines mécanique 16 remorque directement un premier poisson 17 dit plongeur et par le relais de celui-ci deux autres poissons dits divergents 18 et 19 situés en arrière du premier et à peu près symétriquement par rapport à la trajectoire de celui-ci. Le bâtiment 16 supporte, par l'intermédiaire d'une perche escamotable 100, une antenne d'émission 10 qui est donc immergée nettement en-dessous du sillage du bâtiment. Cette antenne est rotative autour de l'axe de la perche et interroge des répondeurs acoustiques 13 placés à l'avant des poissons 17 et 18.Les signaux émis par ces répondeurs sont reçus par un hydrophone 11 remorqué par le bâtiment 16 à une distance plus courte que les poissons et permettant de l'éloigner du sillage du bâtiment. In an embodiment shown in a side view in the thickness of the sea in Figure 1 and in a plan view in Figure 2, a mechanical minesweeper 16 directly tows a first fish 17 said diver and by the relay of that -this two other so-called divergent fish 18 and 19 located behind the first and about symmetrically with respect to the trajectory of the latter. The building 16 supports, by means of a retractable pole 100, a transmitting antenna 10 which is therefore immersed clearly below the wake of the building. This antenna is rotatable around the axis of the pole and interrogates acoustic responders 13 placed in front of the fish 17 and 18. The signals emitted by these responders are received by a hydrophone 11 towed by the building 16 at a distance more shorter than the fish and allowing it to move away from the wake of the building.

Des circuits de traitement 12 permettent aussi bien d'alimenter l'antenne 10, que de contrôler sa rotation et de traiter les signaux reçus par l'hydrophone Il. Processing circuits 12 make it possible to supply the antenna 10 as well as to control its rotation and to process the signals received by the hydrophone II.

L'antenne 10, qui est représentée plus précisément sur la figure 3 est très directive en gisement et peu directive en site. Ceci s'obtient de manière connue en jouant sur les dimensions de l'antenne, qui a donc une hauteur faible et une largeur grande. La directivité en gisement est mesurée par la largeur angulaire 0E à 3 décibels d'atténuation du lobe principal du diagramme de rayonnement de l'antenne. Cette largeur angulaire dépend de la longueur L de l'antenne et de la fréquence f E du signal d'émission, et on ajuste ces deux paramètres pour obtenir le résultat désiré. La meilleure valeur est celle pour laquelle la largeur angulaire du lobe est égale à la précision de localisation en gisement désirée.De manière avantageuse, on peut pointer vers le bas de quelques degrés le lobe en site 101 en inciinant l'antenne convenablement, et la former en longueur par un alignement d'émetteurs jointifs tels que 110, ce qui permet de pondérer séparemment ces émetteurs afin de diminuer l'amplitude des lobes secondaires. Un moteur 200 permet d'entrainer l'antenne en rotation autour d'un axe vertical selon un mouvement alternatif dont les positions extrèmes sont représentées en pointillés sur la figure 3 et qui permet de balayer le secteur à surveiller. Ce secteur est lui-même défini en fonction de la nature et du nombre des objets à localiser. The antenna 10, which is shown more precisely in FIG. 3, is very directive in bearing and little directive in terms of site. This is obtained in a known manner by varying the dimensions of the antenna, which therefore has a low height and a large width. The directivity in bearing is measured by the angular width 0E at 3 decibels of attenuation of the main lobe of the radiation pattern of the antenna. This angular width depends on the length L of the antenna and the frequency f E of the transmission signal, and these two parameters are adjusted to obtain the desired result. The best value is that for which the angular width of the lobe is equal to the precision of location in desired deposit. Advantageously, one can point down a few degrees the lobe in site 101 by crimping the antenna properly, and the form in length by an alignment of contiguous emitters such as 110, which makes it possible to weight these emitters separately in order to reduce the amplitude of the secondary lobes. A motor 200 makes it possible to drive the antenna in rotation about a vertical axis in an alternating movement, the extreme positions of which are shown in dotted lines in FIG. 3 and which makes it possible to scan the sector to be monitored. This sector is itself defined according to the nature and the number of objects to locate.

Le répondeur acoustique fixé sur le véhicule à localiser comprend une antenne acoustique 130 de réception et d'émission, et une électronique associée 131. Le signal d'interrogation reçu par l'antenne est reconnu dans l'électronique associée et celle-ci commande l'émission, avec un retard connu, d'un signal codé particulier. Les largeurs angulaires et et ( R des lobes de directivité de l'antenne du répondeur en gisement, aussi bien pour l'émission que pour la réception, sont calculées en fonction de la distance transversale maximum par rapport à l'axe du bâtiment et du mouvement de lacet relatif entre le bâtiment et le véhicule. The acoustic responder fixed to the vehicle to be located comprises an acoustic antenna 130 for reception and emission, and associated electronics 131. The interrogation signal received by the antenna is recognized in the associated electronics and the latter controls the 'emission, with a known delay, of a particular coded signal. The angular widths and and (R of the directivity lobes of the antenna of the field answering machine, both for transmission and for reception, are calculated as a function of the maximum transverse distance from the axis of the building and of the relative yaw movement between the building and the vehicle.

Dans le cas où le véhicule doit suivre une route prédéterminée ne faisant pas trop varier ces paramètres il est avantageux d'orienter en site, et éventuellement en gisement, l'antenne vers le bâtiment comme représenté par les faisceaux de la figure 1. On augmente ainsi les performances en détection. In the case where the vehicle has to follow a predetermined route that does not vary these parameters too much, it is advantageous to orient the site, and possibly in bearing, the antenna towards the building as represented by the beams of FIG. 1. We increase thus detection performance.

Le signal réémis par le répondeur est reçu par un hydrophone 111 porté par le poisson 11, qui est stabilisé en navigation. Ce poisson comporte également un préamplificateur 112 qui reçoit les signaux de l'hydrophone et les retransmet aux circuits de traitement 12 situés dans le bâtiment 16, par l'intermédiaire d'un câble 20. Cet hydrophone est relativement peu directif en site et en gisement pour couvrir tout le secteur à localiser et, compte tenu de la fréquence d'émission relative- ment élevée, il est donc de petite dimension. En le plaçant judicieusement sur le poisson il, le corps de celui-ci forme écran pour le bruit rayonné par le bâtiment, et ce bruit perturbe donc tres peu rhydrophone. The signal retransmitted by the responder is received by a hydrophone 111 carried by the fish 11, which is stabilized during navigation. This fish also includes a preamplifier 112 which receives the signals from the hydrophone and retransmits them to the processing circuits 12 located in the building 16, by means of a cable 20. This hydrophone has relatively little direction in terms of site and deposit. to cover the entire sector to be located and, given the relatively high transmission frequency, it is therefore small. By placing it judiciously on the fish there, the body of the latter forms a screen for the noise radiated by the building, and this noise therefore disturbs very little hydrophone.

Le poisson récepteur 11 ne comporte pas de moyens de localisation propres. Sa position est uniquement obtenue par une méthode connue de modélisation hydrodynamique utilisant comme paramètres la vitesse du bâtiment et la longueur du câble de remorquage filé. Dans le cas d'un dragueur mécanique par exemple, on peut ainsi localiser le poisson récepteur à +2,5 mètres près. Le cas échéant on peut aussi le localiser d'une manière acoustique. The receiving fish 11 does not have its own locating means. Its position is only obtained by a known method of hydrodynamic modeling using as parameters the speed of the building and the length of the towed towed cable. In the case of a mechanical dredger for example, it is thus possible to locate the receiving fish to within 2.5 meters. If necessary, it can also be located acoustically.

L'unité de traitement 12 située à bord du bâtiment Il comporte tout d'abord des circuits 120 de commande électronique du moteur 200 dont la rotation est asservie en vitesse. Le schéma synoptique de ce dispositif d'asservissement est représenté sur la figure 4. The processing unit 12 located on board the vessel It firstly comprises circuits 120 for electronic control of the motor 200 whose rotation is speed controlled. The block diagram of this control device is shown in FIG. 4.

Un amplificateur d'asservissement 30 commande le moteur 200 qui entraine d'une part l'antenne 10 et d'autre part une génératrice tachymétrique 300 dont la tension de sortie V5 est réinjectée dans l'amplificateur. Cet amplificateur reçoit par ailleurs un signal de commande d'inversion du sens de rotation CR et un signal de commande de vitesse Cy
Un émetteur de puissance 121 permet d'appliquer à l'antenne des impulsions électriques à tension élevée et à une fréquence porteuse f
Des circuits de réception 122 reçoivent par le câble 20 les signaux de l'hydrophone 111. Ces circuits comportent autant de chaînes de traitement qu'il y a de répondeurs susceptibles d'être utilisés. Chaque chaîne comprend un amplificateur, un décodeur et un convertisseur analogique-digital.Dans le cas où le codage consiste à utiliser des fréquences différentes pour les répondeurs, le décodeur est un filtre passe-bande étroit centré sur la fréquence connue du répondeur.A servo amplifier 30 controls the motor 200 which drives the antenna 10 on the one hand and a tachometer generator 300 on the other hand, the output voltage V5 of which is fed back into the amplifier. This amplifier also receives a control signal for reversing the direction of rotation CR and a speed control signal Cy
A power transmitter 121 makes it possible to apply electrical pulses of high voltage and at a carrier frequency f to the antenna.
Reception circuits 122 receive the signals from the hydrophone 111 via the cable 20. These circuits include as many processing chains as there are responders capable of being used. Each channel includes an amplifier, a decoder and an analog-to-digital converter. In the case where coding consists in using different frequencies for the answering machines, the decoder is a narrow bandpass filter centered on the known frequency of the answering machine.

Un ensemble de circuits numériques 123 permet de commander le séquencement de tout le système et d'effectuer les calculs dont le résultat final est la localisation des véhicules porteurs des répondeurs. A set of digital circuits 123 makes it possible to control the sequencing of the entire system and to carry out the calculations whose final result is the location of the vehicles carrying the responders.

Ces circuits sont avantageusement fabriqués avec un ou plusieurs micro- cesseurs convenablement programmés. Une mémoire 124 comprend les paramètres destinés à être fournis au circuit de calcul 123, par exemple le roulis, le tangage, la vitesse et la longueur L du câble filé du poisson 11, obtenus par divers organes répartis dans le bateau et regroupés sur le dessin pour la commodité dans le carré 125.These circuits are advantageously manufactured with one or more suitably programmed microswitches. A memory 124 includes the parameters intended to be supplied to the calculation circuit 123, for example the roll, the pitch, the speed and the length L of the fish spun cable 11, obtained by various members distributed in the boat and grouped together in the drawing for convenience in square 125.

Un paramètre important pour le calcul de la position des véhicules est leur position dans le plan vertical. Pour obtenir celle-ci, chaque véhicule comprend un sondeur acoustique qui donne l'altitude au-dessus du fond, et un capteur d'immersion qui donne la profondeur. Les mesures ainsi obtenues sont retransmises au circuit de calcul par l'intermédiaire de l'hydrophone remorqué, au moyen du répondeur acoustique en codant de manière adéquate les impulsions émises par ce répondeur. An important parameter for calculating the position of vehicles is their position in the vertical plane. To obtain this, each vehicle includes an acoustic depth sounder which gives the altitude above the bottom, and an immersion sensor which gives the depth. The measurements thus obtained are retransmitted to the calculation circuit via the towed hydrophone, by means of the acoustic responder by adequately coding the pulses emitted by this responder.

A titre de variante dans le cas du dragueur de mine mécanique représenté en figure 1, les deux véhicules 18 et 19 naviguent de conserve selon des chemins parallèles, sensiblement à la même distance du bateau. By way of a variant in the case of the mechanical minesweeper shown in FIG. 1, the two vehicles 18 and 19 sail in a canned fashion along parallel paths, substantially at the same distance from the boat.

De manière préférentielle on n'équipe alors que l'un de ces deux véhicules, 18 par exemple, avec un répondeur 13. On n'obtiendra donc directement que la position de ce véhicule 18. Pour obtenir alors la position du véhicule 19, on munit ces deux véhicules d'interrogateurs-répondeurs latéraux 14 et 15 qui permettent de mesurer la distance entre les véhicules. La distance ainsi obtenue à bord du véhicule 18 est retransmise au circuit 12 en codant les émissions du codeur 13 d'une manière similaire à celle par laquelle on transmet les informations d'altitude et d'immersion.Preferably, only one of these two vehicles, 18 for example, is fitted with an answering machine 13. We therefore obtain directly only the position of this vehicle 18. To then obtain the position of the vehicle 19, we fitted these two vehicles with side interrogator-responders 14 and 15 which make it possible to measure the distance between the vehicles. The distance thus obtained on board the vehicle 18 is retransmitted to the circuit 12 by coding the emissions from the encoder 13 in a manner similar to that by which the altitude and immersion information are transmitted.

Bien qu'on puisse dans certains cas procéder à un premier balayage panoramique pour repérer l'emplacement initial des véhicules à localiser, le plus souvent le champ dans lequel se trouvent ces véhicules est connu de manière grossière et est bien moins iarge que tout l'horizon. Although it is possible in certain cases to carry out a first panoramic scan to locate the initial location of the vehicles to be located, most often the field in which these vehicles are located is roughly known and is much less wide than all of the horizon.

Ceci permet donc de fixer la direction perpendiculaire à l'antenne et l'amplitude du mouvement de rotation autour de cette direction. Par exemple s'il n'y a qu'un seul véhicule à localiser situé sensiblement dans l'axe du bâtiment, la direction perpendiculaire sera cet axe et l'amplitude de la rotation sera de quelques degrés seulement de part et d'autre de l'axe.This therefore makes it possible to fix the direction perpendicular to the antenna and the amplitude of the rotational movement around this direction. For example if there is only one vehicle to be located located substantially in the axis of the building, the perpendicular direction will be this axis and the amplitude of the rotation will be only a few degrees on either side of the axis.

L'antenne d'émission émet donc des impulsions avec une période de récurrence déterminée pendant qu'elle tourne. A chaque émission d'une impulsion on mémorise dans les circuits 123, dans des mémoires du type RAM par exemple, l'instant to d'émission, obtenu à partir d'une horloge interne, la position angulaire 9(0 o de l'antenne à cet instant, et l'attitude du bateau, en roulis et en tangage, à ce même instant. The transmitting antenna therefore emits pulses with a determined recurrence period while it is rotating. At each transmission of a pulse, the angular position 9 (0 o of the) is memorized in the circuits 123, in memories of the RAM type for example, the instant to transmit, obtained from an internal clock. antenna at this instant, and the attitude of the boat, in roll and pitch, at this same instant.

Les valeurs de la vitesse du bâtiment et de la longueur L du câble tracteur du poisson récepteur 11 sont suffisamment stables pour n 'être rafraichies que de temps en temps. The values of the speed of the vessel and of the length L of the tractor cable of the receiving fish 11 are stable enough to be refreshed only from time to time.

Lorsque le champ insonifié de l'antenne d'émission 10 intercepte le véhicule 18, l'antenne 130 du répondeur 13 reçoit le signal émis par l'antenne 10. Ce signal est traité dans les circuits 131 pour y être reconnu. When the soundproof field of the transmitting antenna 10 intercepts the vehicle 18, the antenna 130 of the answering machine 13 receives the signal transmitted by the antenna 10. This signal is processed in the circuits 131 to be recognized there.

Le traitement le plus simple consiste par exemple à opérer un filtrage autour de la fréquence d'émission dans une bande au moins égale à l'inverse de la largeur de l'impulsion.The simplest processing consists, for example, in filtering around the transmission frequency in a band at least equal to the inverse of the width of the pulse.

Dès qu'une impulsion est reconnue, les circuits 131 commandent l'émission d'au moins une impulsion codée avec un retard At connu par rapport à l'instant de réception. Ces techniques sont connues notamment dans le domaine des bouées répondeuses. As soon as a pulse is recognized, the circuits 131 command the emission of at least one coded pulse with a known delay At with respect to the reception instant. These techniques are known in particular in the field of responder buoys.

L'impulsion codée réémise est alors reçue par l'hydrophone 111, puis transmise aux circuits de réception 122. Ces circuits de réception permettent de décoder les différentes impulsions reçues pour identifier les répondeurs qui les ont émises et obtenir les valeurs d'altitude et d'immersion du véhicule porteur de ce répondeur. On affecte également à chaque impulsion reçue un temps t r de réception mesuré dans la même base de temps que l'instant t d'émission par l'antenne 10. The re-transmitted coded pulse is then received by the hydrophone 111, then transmitted to the reception circuits 122. These reception circuits make it possible to decode the various pulses received in order to identify the answering machines which transmitted them and obtain the values of altitude and d immersion of the vehicle carrying this responder. A reception time t r measured in the same time base as the time t of transmission by the antenna 10 is also assigned to each pulse received.

L'ensemble de ces mesures est transmis sous forme numérique aux circuits de calcul 123. All of these measurements are transmitted in digital form to the calculation circuits 123.

Les distances, temps, et angles utilisés et obtenus dans ce calcul sont représentés sur la figure 5. The distances, times, and angles used and obtained in this calculation are shown in Figure 5.

Les calculs mis en oeuvre sont les suivants:
- Correction de la position du centre de l'antenne Bo à l'instant d'émission, à partir des valeurs des angles de roulis et de tangage a cet instant pour obtenir une position corrigée B1 . The calculations used are as follows:
- Correction of the position of the center of the antenna Bo at the time of transmission, from the values of the roll and pitch angles at this time to obtain a corrected position B1.

- Correction de l'angle Oc entre l'axe du bâtiment et le segment BoR qui relie le centre de l'antenne et le répondeur à l'instant to pour obtenir l'angle 9s 1 entre l'axe du bâtiment et le segment B1R. - Correction of the angle Oc between the axis of the building and the segment BoR which connects the center of the antenna and the responder at time to to obtain the angle 9s 1 between the axis of the building and the segment B1R .

- Correction de l'instant de réception tl pour obtenir l'instant de réception corrigé trc correspondant au point Bai , a partir des valeurs des coordonnées XR et YR et de l'immersion de l'hydrophone 111, ces valeurs étant elles-mêmes obtenues à partir de la vitesse du bâtiment et de la longueur L du câble de traction du poisson portant l'hydrophone, par un calcul hydrodynamique. - Correction of the reception instant tl to obtain the corrected reception instant trc corresponding to the point Bai, from the values of the coordinates XR and YR and the immersion of the hydrophone 111, these values being themselves obtained from the speed of the vessel and the length L of the traction cable of the fish carrying the hydrophone, by a hydrodynamic calculation.

- Le calcul de la distance oblique B1R en appliquant la formule d1 - t - A t)
On peut éventuellement affiner ce calcul en corrigeant to pour tenir compte de l'influence du roulis et du tangage sur l'instant d'émission.- The calculation of the oblique distance B1R by applying the formula d1 - t - A t)
We can possibly refine this calculation by correcting to to take into account the influence of roll and pitch on the instant of emission.

- Calcul de la distance horizontale entre le poisson 18 et le bateau ainsi que de la projection de l'angle 41 sur le plan horizontal, à partir de la valeur de l'immersion du répondeur. - Calculation of the horizontal distance between the fish 18 and the boat as well as the projection of the angle 41 on the horizontal plane, from the value of the immersion of the responder.

Dans le cas particulier de la figure 1, où seul l'un des véhicules 18 ou 19 possède un répondeur dirigé vers le bateau, calcul de l'intercept entre ces deux véhicules à partir de la durée de la propagation ultrasonore entre les interrogateurs-répondeurs 14 et 15. In the particular case of FIG. 1, where only one of the vehicles 18 or 19 has a transponder directed towards the boat, calculation of the intercept between these two vehicles from the duration of the ultrasonic propagation between the interrogator-responders 14 and 15.

Le codage des émissions des codeurs 13 peut s'effectuer par exemple en utilisant des trains d'impulsions séparées par des retards proportionnels aux valeurs mesurées, selon une technique connue par exemple en aviation dans les équipements dits DME. The coding of the transmissions of the encoders 13 can be carried out for example by using pulse trains separated by delays proportional to the measured values, according to a technique known for example in aviation in so-called DME equipment.

On a représenté sur la figure 5 un exemple d'un tel codage. A partir de l'instant tl de réception de l'impulsion par le répondeur, celui-ci émet une première impulsion 50 au bout d'un instant , t. Cette impulsion constitue la réponse proprement dite, qui permet de déterminer le temps de propagation des ondes. Il émet ensuite une impulsion 51 avec un retard tA proportionnel à l'altitude, puis une impulsion 52 avec un retard h tL proportionnel à l'intercept, et enfin une impulsion 53 avec un retard 8 tI proportionnel à l'immersion. Le cas échéant il est possible pour mieux différencier ces impulsions de les coder en outre en leur affectant par exemple des fréquences différentes. FIG. 5 shows an example of such coding. From the instant tl of reception of the pulse by the responder, the latter sends a first pulse 50 after an instant, t. This pulse constitutes the actual response, which makes it possible to determine the propagation time of the waves. It then sends a pulse 51 with a delay tA proportional to the altitude, then a pulse 52 with a delay h tL proportional to the intercept, and finally a pulse 53 with a delay 8 tI proportional to the immersion. If necessary, it is possible to better differentiate these pulses to code them further, for example by assigning them different frequencies.

La fréquence d'interrogation est imposée par la portée désirée, et la longueur de l'antenne d'émission est donnée par la précision de localisation en gisement souhaité, qui correspond elle-même à la largeur du lobe. The interrogation frequency is imposed by the desired range, and the length of the transmitting antenna is given by the precision of location in desired deposit, which itself corresponds to the width of the lobe.

Pour associer sans ambiguité à une impulsion de localisation reçue l'impulsion émise correspondante, il faut que la récurrence entre deux impulsions de localisation soit suffisamment longue pour qu'une impulsion ne soit émise qu'après que la réponse à l'impulsion précédente ait été reçue. La valeur de cette récurrence est alors égale au temps aller et retour correspondant à l'objet le plus éloigné, augmenté du retard du répondeur. Ceci permet de fixer la vitesse de rotation à une valeur telle que l'angle dont tourne l'antenne d'émission pendant la durée de la récurrence soit au plus égale à la précision angulaire9 c'est-à-dire à la largeur du lobe. To unambiguously associate the corresponding transmitted pulse with a received localization pulse, the recurrence between two localization pulses must be long enough for a pulse to be sent only after the response to the previous pulse has been received. The value of this recurrence is then equal to the round trip time corresponding to the most distant object, increased by the delay of the responder. This makes it possible to fix the speed of rotation at a value such that the angle which the transmitting antenna rotates during the duration of the recurrence is at most equal to the angular precision9, that is to say to the width of the lobe .

Dans un exemple de réalisation pratique on veut localiser avec une précision angulaire en gisement de 10 deux divergentes d'un dragueur de mine mécanique qui sont situes à 1000 mètres en arrière de celui-ci. In a practical embodiment example, it is desired to locate with angular precision in the location of two diverging points of a mechanical minesweeper which are located 1000 meters behind it.

Ceci peut s'obtenir avec utile fréquence des impulsions d'interrogation de 140 KHz, une longueur de l'antenne d'émission de 600 mm, une récurrence de 1,33 secondes, et une vitesse de rotation de O,a50 par seconde.This can be obtained with useful frequency of the interrogation pulses of 140 KHz, a length of the transmitting antenna of 600 mm, a recurrence of 1.33 seconds, and a rotation speed of 0. a50 per second.

Dans ces conditions si le dragueur intercepte un chenal de largeur 300 mètres environ, le champ angulaire à explorer est sensiblement +100 de part et d'autre de l'axe du bâtiment et le temps d'exploration total est de 26,7 secondes, ce qui est relativement long. Under these conditions if the dredger intercepts a channel of width 300 meters approximately, the angular field to explore is appreciably +100 on both sides of the axis of the building and the total exploration time is 26.7 seconds, which is relatively long.

Comme il est souhaitable de ramener cette durée d'exploration à une valeur de par exemple 5 à 10 secondes, une variante de réalisation consiste à diminuer la récurrence des interrogations et à augmenter en conséquence la vitesse de rotation. Pour détecter alors sans ambigulté les signaux de retour, on utilise des fenêtres en temps au niveau de la détection des signaux reçus, selon une technique connue. Pour cela on commence par faire une exploration à vitesse normale, qui permet d'obtenir la position de tous les véhicules à localiser. Dans un deuxième temps on augmente la vitesse de rotation en diminuant simultanément la récurrence. Au niveau de la détection on effectue alors celle-ci entre deux instants calculés de manière à entourer l'instant de réception théorique obtenu d'après les mesures précédentes.Ainsi, si on double la vitesse de rotation, on ouvre la fenêtre de réception pendant une durée moitié du temps de propagation maximum aller et retour en plaçant cette fenêtre à cheval sur l'instant prévu pour la réception. I1 est bien clair que ce processus peut être renouvellé jusqu'à avoir des fenêtres relativement étroites et des vitesses de rotation relativement élevées. Les circuits de calcul et de séquencement 123 permettent aisément de suivre cette vitesse. Comme le nombre de répondeurs est connu sans ambiguïté, il est aisé, si l'on en perd un, de revenir au point de départ pour les récupérer tous de nouveau. As it is desirable to reduce this exploration time to a value of for example 5 to 10 seconds, an alternative embodiment consists in decreasing the recurrence of the interrogations and consequently increasing the speed of rotation. To then unambiguously detect the return signals, time windows are used at the level of the detection of the received signals, according to a known technique. To do this, we start with an exploration at normal speed, which makes it possible to obtain the position of all the vehicles to be located. In a second step, the speed of rotation is increased by simultaneously reducing the recurrence. At the level of detection, this is then carried out between two instants calculated so as to surround the theoretical reception instant obtained according to the previous measurements. Thus, if we double the rotation speed, we open the reception window for half the maximum round trip propagation time by placing this window straddling the time scheduled for reception. It is quite clear that this process can be repeated until there are relatively narrow windows and relatively high rotational speeds. The calculation and sequencing circuits 123 make it easy to follow this speed. As the number of responders is known without ambiguity, it is easy, if you lose one, to return to the starting point to recover them all again.

Un autre moyen permettant de réduire le temps d'exploration consiste à émettre des impulsions codées successivement, à reconnaître ces impulsions au niveau des répondeurs et à réémettre des impulsions également codées. Dans ce cas n codes réduisent la récurrence de n. Another means of reducing the exploration time consists in transmitting successively coded pulses, in recognizing these pulses at the level of the responders and in re-transmitting pulses also coded. In this case n codes reduce the recurrence of n.

Dans certains cas il n'y a qu'un seul véhicule à localiser, et il est alors facile d'asservir en gisement l'orientation de l'antenne d'émission sur le lacet du bâtiment et sur les valeurs de gisement obtenues lors de l'exploration préliminaire. Ceci réalise une poursuite sur le répondeur. In some cases there is only one vehicle to locate, and it is then easy to slave the orientation of the transmitting antenna on the yaw of the building and on the bearing values obtained during preliminary exploration. This performs a chase on the answering machine.

Dans le cas également où un véhicule à localiser est nettement plus près du bâtiment que les autres, on peut interroger celui-ci sur un lobe secondaire de l'antenne d'émission, ce qui diminue ainsi le champ d'exploration. In the case also where a vehicle to be located is much closer to the building than the others, it can be interrogated on a secondary lobe of the transmitting antenna, which thus reduces the field of exploration.

A titre de variante, on notera que l'antenne d'émission peut rester fixe mécaniquement par rapport au bateau si l'on effectue le dépointage du faisceau électroniquement, de manière connue dans les techniques dites de formation de voies. As a variant, it will be noted that the transmitting antenna can remain mechanically fixed relative to the boat if the beam is depointed electronically, in a manner known in techniques known as channel formation.

Bien que le poisson porte-hydrophone 11 ait une trajectoire connue de manière assez précise, on peut souhaiter le localiser d'une manière encore plus précise. Un moyen pour cela consiste à le munir d'un deuxième hydrophone destine à recevoir le signal d'interrogation de l'antenne 10. La mesure en gisement et en distance oblique s'effectue alors comme pour les autres véhicules et la distance horizontale est obtenue par le même calcul à partir de ces mesures et de celles d'un capteur d'immersion porté par le poisson et dont les données sont adressées directement au récepteur 123 sans qu'il soit besoin de coder particulièrement les impulsions reçues. Although the hydrophone-carrying fish 11 has a known trajectory in a fairly precise manner, one may wish to locate it in an even more precise manner. One way to do this is to provide it with a second hydrophone intended to receive the interrogation signal from the antenna 10. The measurement in bearing and in oblique distance is then carried out as for other vehicles and the horizontal distance is obtained by the same calculation on the basis of these measurements and those of an immersion sensor carried by the fish and the data of which are sent directly to the receiver 123 without the need to particularly code the pulses received.

On peut enfin émettre à partir de l'antenne interrogatrice des trains d'impulsions codées selon des codes différents affectés chacun à un répondeur particulier, ce qui permet de mieux distinguer les objets à localiser. Finally, it is possible to transmit from the interrogating antenna pulse trains coded according to different codes each assigned to a particular answering machine, which makes it possible to better distinguish the objects to be located.

Du fait que la fréquence d'émission est élevée, on peut localiser avec une très grande précision en gisement les véhicules sans avoir des dimensions excessives pour cette antenne. Because the transmission frequency is high, it is possible to locate vehicles with very high accuracy in bearing without having excessive dimensions for this antenna.

En effet, dans l'exemple précédent une antenne de 600 mm permet d'obtenir une précision de 1 . Elle peut se présenter sous la forme d'un cylindre d'un diamètre de 30 mm, qui permet d'obtenir un lobe en site ayant une ouverture angulaire d'environ 210. Cette antenne présente ainsi une bonne carène et peut facilement être encastrée dans un bossage de la coque ou remontée dans un puits de faible diamètre. Indeed, in the previous example, a 600 mm antenna makes it possible to obtain an accuracy of 1. It can be in the form of a cylinder with a diameter of 30 mm, which makes it possible to obtain a site lobe having an angular opening of approximately 210. This antenna thus has a good hull and can easily be embedded in a boss on the hull or raised in a small diameter well.

De plus cette fréquence élevée permet de réduire sensiblement l'amplitude des signaux parasites dus aux réflexions multiples sur le fond et sur la surface, à cause de l'atténuation par absorption. Elle permet également de réduire l'influence des bruits rayonnés à la réception au niveau des répondeurs où pratiquement seul le bruit de la mer, déjà réduit à ces fréquences, reste prédominant. Enfin elle permet d'avoir un hydrophone sur le poisson, et des antennes acoustiques pour les répondeurs, ayant des dimensions très réduites. C'est ainsi que dans l'exemple précédent la dimension de la face active de l'hydrophone peut être de 25 x 15 mm. Il est donc facile de le protéger du bruit rayonné par le bâtiment en l'encastrant à l'arrière du poisson porte-hydrophone. In addition, this high frequency makes it possible to significantly reduce the amplitude of the parasitic signals due to the multiple reflections on the bottom and on the surface, because of the attenuation by absorption. It also makes it possible to reduce the influence of noise radiated on reception at the level of the answering machines where practically only the noise of the sea, already reduced at these frequencies, remains predominant. Finally it allows to have a hydrophone on the fish, and acoustic antennas for answering machines, having very small dimensions. Thus in the previous example the dimension of the active face of the hydrophone can be 25 x 15 mm. It is therefore easy to protect it from the noise radiated by the building by embedding it behind the hydrophone-carrying fish.

Comme l'antenne d'émission est liée au bâtiment, on évite ainsi les erreurs sur la mesure du gisement, car les mouvements de l'antenne sont parfaitement connus, et on augmente la précision du positionnement angulaire qui est obtenu directement par rapport au bateau. As the transmitting antenna is linked to the vessel, errors in the measurement of the deposit are thus avoided, since the movements of the antenna are perfectly known, and the precision of the angular positioning which is obtained directly relative to the boat is increased .

On notera aussi que les émetteurs portés par les répondeurs génèrent des trains d'impulsions courtes et que les récepteurs de ces mêmes répondeurs peuvent être des filtres passifs. Dans ces conditions la consommation électrique peut être très faible et permettre une autono mie très grande des véhicules lorsqu'ils sont autotractés. It will also be noted that the transmitters carried by the responders generate short pulse trains and that the receivers of these same responders can be passive filters. Under these conditions the electrical consumption can be very low and allow a very large autonomy of the vehicles when they are self-propelled.

Enfin dans le cas où deux véhicules naviguent de conserve à distance égale du bâtiment, on peut les localiser de manière très précise l'un et l'autre en mesurant le gisement d'un seul de ces deux véhicules. Finally, in the case where two vehicles are sailing in can at equal distance from the building, they can both be located very precisely by measuring the bearing of only one of these two vehicles.

Claims

1. Method for locating at least one underwater vehicle located in a field to be monitored from a building by transmission of ultrasonic signals, in which ultrasonic interrogation pulses are transmitted from the building (16), and the vehicle is received in -Sea (18) the ultrasonic interrogation pulses, ultrasonic response pulses are emitted from this vehicle in a wide beam in the opening of which the building is located, and these response pulses are received in a hydrophone ( 111) linked to the building, characterized in that the sound pulses of interrogation are emitted from the building (16) according to an interrogation beam (101) having an angular width substantially equal to the angular precision in desired bearing , that the beam is rotated to scan the field to be monitored, that the direction of the interrogation beam is determined during the emission of the interrogation pulse which triggered the response pulse se, and the duration of the return journey of these two pulses, and that the distance and the bearing of the underwater vehicle are calculated from these values.

2. Method according to claim I, characterized in that its depth of immersion is measured at the level of the underwater vehicle (18) and that the ultrasonic response pulses emitted by this vehicle are coded so that they transmit the depth to be measured to the building.

3. Method according to any one of the claims

I and 2, characterized in that its altitude above the bottom is measured at the level of the underwater vehicle (18) and that the ultrasonic response pulses are coded to transmit this altitude to the vessel.

4. Method according to any one of the claims

I to 3, characterized in that the ultrasonic response pulses are captured in a hydrophone (111) placed on a fish (I1) towed by the vessel.

5. Method according to any one of the claims

I to 4, characterized in that the recurrence of the interrogation pulses is fixed by the duration of the pulses going and returning over the extent of the field to be scanned and that the angular scanning speed is such that the angle of rotation of the interrogation beam during a recurrence is at most equal to the angular width of the beam.

6. Method according to any one of the claims

I to 4, characterized in that, in a first scan of the field to be monitored, the position of all the underwater vehicles is determined, and in a second step, the cadence and the scanning speed of the beam are increased while opening time windows determined by the positions found at first in order to eliminate the ambiguity of detection.

7. Method according to any one of the claims

I to 5, characterized in that the frequency of the interrogation pulses is substantially 140 KHz, that their recurrence is substantially 1.33 seconds, and that the speed of rotation of the beam is substantially 0.75 per second.